一種智能化分層可控的精量深松施肥裝置的製作方法

2023-07-21 13:41:51

本實用新型涉及一種智能化分層可控的精量深松施肥裝置。

二、

背景技術：

精準施肥技術是精準農業技術研究的重要內容，而分層精量施肥裝置是精量施肥播種機中的關鍵部件。隨著精準農業和智能化農業的發展，進行深松全層施肥作業，即可打破堅硬的犁底層，打通雨水和灌水入滲通道；又可以將肥一次性全層施入土壤中，保證玉米生長的全過程中都有足夠的肥，打破了傳統的耕作模式，不需追肥，減少追肥所需勞動力；同時還解決了氮素揮發、磷不下移以及玉米後期早衰的問題，進而提高玉米產量。

現有的分層施肥鏟多為一根出肥管，在出肥管下側設幾個不同深度的出肥口，實現分層施肥，此種排肥鏟排肥實時性差、施肥均勻度低，且易造成堵塞、低速排肥滯空等現象。而且對於我國大部分農村地區，建立關于田間土壤信息、施肥情況、作物產量等地理信息圖層較困難，所以基於GPS的變量施肥系統普及起來還較為困難。

基於以上現狀，發明人研究出一種智能化分層可控的精量深松施肥裝置，該施肥裝置可以做到「單管單控」，將肥料以不同比例施入不同土層中，智能化與自動化相結合，精確控制到達每層土壤的肥量，施肥精度更高，可控性更強，具有重要的社會效益和經濟效益。

三、

技術實現要素：

為了解決現有分層施肥裝置施肥不均、缺肥以及單層深度施肥量不可控等問題，本實用新型提供了一種智能化分層可控的精量深松施肥裝置。本實用新型的施肥鏟結構創新，配合單片機控制系統及液壓馬達驅動裝置，可實現「單管單控」，施肥量分層可控、智能化精量深施，從而提高肥料利用率，減輕勞動強度，提高工作效率。

一種智能化分層可控的精量深松施肥裝置，包括機架固定裝置、排肥裝置、分層施肥深松裝置、液壓驅動系統和控制系統。機架固定裝置用於將該施肥裝置連接到播種機機架上；排肥裝置用於肥料的供給，保證作物的生長條件；分層施肥深松裝置，用於土壤深松，並將肥料施入不同土層；液壓驅動系統通過控制液壓馬達轉速來改變排肥裝置排肥軸轉速，進而改變排肥速度；控制系統用於判斷排肥管排肥量與單片機中設定的排肥量是否一致，並通過控制液壓驅動裝置中液壓馬達轉速來實現缺肥補償。

所述的機架固定裝置包括機架聯接裝置和支撐裝置。通過機架聯接裝置將該智能化分層可控的精量深松施肥裝置與現有播種機機架相連；支撐裝置用於固定、支撐液壓驅動系統和控制系統中的各組件。

所述的排肥裝置包括肥箱、外槽輪排肥器、排肥軸和漏肥管。肥箱通過其底部的卡槽與外槽輪排肥器殼體相連接，保證肥料準確落入外槽輪排肥器內部；排肥軸穿過外槽輪排肥器軸孔並通過聯軸器與液壓驅動裝置中的液壓馬達輸出軸配合，外槽輪排肥器下部套接有的漏肥管，漏肥管下部為倒錐形，倒錐形出肥口與分層施肥深松裝置中的排肥管上端相連接，保證肥料順利通過排肥器進入排肥管。

所述的分層施肥深松裝置包括排肥管和分層施肥深松鏟。分層施肥深松鏟前部為深鬆開溝鏟，用於深鬆開溝；後部為分層施肥器；分層施肥器內部為多根排肥管並列排放並通向不同深度土層，排肥管根數和長度根據作物需肥量和施肥深度確定；能實現根據玉米根系不同土層需肥量的多少，將不同量的肥料施入不同深度的土壤中；深鬆開溝鏟與分層施肥器為一個整體，實現深松、分層施肥功能。排肥管上部與漏肥管相套合，漏肥管上部連接排肥器；深松鏟上端通過定位孔與機架固定裝置可活動連接；在排肥管出肥口安裝有導肥片，引導肥料準確進入土層，防止肥料顆粒的無規律性散落。

所述液壓驅動系統包括液壓泵、液壓馬達、馬達測速齒盤、馬達測速傳感器、電液比例閥、分流閥和油路管道。液壓泵為液壓系統提供動力，液壓馬達輸出動力，電液比例閥作為控制元件，控制液壓馬達的轉速，馬達測速齒盤與馬達測速傳感器共同作用檢測馬達轉速，分流閥用來實現液壓油路分流。液壓泵入油口接拖拉機油箱，液壓泵出油口通過分流閥將油路管道分成五個支路，所述的液壓馬達通過分流閥分別與液壓泵相連通；在五個支路上均安裝有電液比例閥，用來分別控制五個液壓馬達的轉速，液壓馬達出油口通過油路管道連接回油箱；液壓泵和液壓馬達分別固定在機架上，液壓驅動系統內部各部分通過油路管道連接，整個液壓驅動系統的油液由拖拉機自帶液壓系統提供。液壓馬達動力輸出軸穿過馬達測速齒盤與排肥裝置中的排肥軸通過聯軸器同軸連接，馬達測速齒盤上安裝馬達測速傳感器，用來檢測液壓馬達轉速。

所述的控制系統包括信息採集模塊、信息處理模塊、信息輸出模塊和能量供應模塊；信息採集模塊用於收集各個傳感器的信號，並將信號傳給信息處理模塊；信息處理模塊主要用於完成信息採集模塊發過來的信號的分析與判斷，並將控制信號傳送給信息輸出模塊；信息輸出模塊包括肥料自動補償模塊和報警顯示輸入模塊，完成肥料定量控制及缺肥自動報警功能；能量供應模塊主要為信息採集模塊、信息處理模塊以及信息輸出模塊進行供電。

所述的信息採集模塊包括衝量式固體流量傳感器和液壓馬達轉速傳感器。每根排肥管入肥口處安裝有一個衝量式固體流量傳感器，每個衝量式固體流量傳感器均通過信號數據線與信息處理模塊的單片機引腳直接相連，用於採集每根排肥管的排肥量；每個液壓馬達上均安裝有一個液壓馬達測速齒盤，每個液壓馬達測速齒盤上均安裝有一個液壓馬達轉速傳感器，通過測量每個液壓馬達測速齒盤轉速，進而測得每個液壓馬達轉速，液壓馬達轉速傳感器通過信號數據線與信息處理模塊的單片機引腳直接相連。

所述的信息處理模塊為單片機最小控制系統和觸控螢幕。觸控螢幕通過數據總線、控制總線和時鐘總線連接至單片機，通過觸控螢幕將每層施肥量輸入單片機，單片機輸出引腳通過信號數據線與每個電磁比例調速閥相連，單片機根據輸入的每層施肥量，產生脈衝信號驅動電液比例調速閥改變開度大小，進而控制對應支路上液壓馬達的轉速，液壓馬達帶動該支路排肥軸排肥，每層排肥管都設有與之對應的電磁比例調速閥、液壓馬達和外槽輪排肥器；每層排肥管的排肥量能分別單獨控制，實現排肥量的分層控制。衝量式固體流量傳感器與液壓馬達轉速傳感器分別將實時測得的每根排肥管排肥量和每個液壓馬達轉速傳回至單片機，並通過串口反饋給單片機，單片機根據每根排肥管預設施肥量與測得的實際施肥量的差別，實時修正施肥量，將信息傳至電磁比例流量閥，調整電磁比例流量閥的開度大小，進而調整液壓馬達轉速，實現精確施肥。

所述的信息輸出部分為觸控螢幕。觸控螢幕與單片機最小控制系統的信號輸出引腳通過信號數據線連接，衝量式固體流量傳感器與液壓馬達轉速傳感器分別將實時測得的每根排肥管排肥量和每個液壓馬達轉速傳回至單片機，通過觸控螢幕實時顯示排肥信息；

所述的能量供應模塊為24v鉛蓄電池，用於為單片機控制系統、電液比例調速閥及其他相關模塊供電。

本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是:

液壓泵經濾油器從油箱中吸油，油液被加壓後，經開停閥、電液比例調速閥流經支路進入液壓馬達，液壓馬達通過聯軸器與排肥軸同軸連接；通過觸控螢幕將每層土壤的施肥量輸入系統，系統將施肥控制參數值由數字量轉變為模擬量輸出，再通過插頭式電子放大器將變量信號放大，來控制比例調速閥的閥口度，控制液壓油的流量及其壓力，進而控制擺線液壓馬達的轉速，實現槽輪工作速度的調節，使得肥料通過對應的外槽輪排肥器按比例控制輸出至排肥管，並通過該階梯式開溝施肥器將設定的肥料量分別施入不同深度土壤中；每根排肥管上端安裝有衝量式固體流量傳感器，肥料控制系統實時採集流量傳感器測得的肥料流量值以及液壓馬達轉速傳感器測得的速度值，並通過串口反饋給單片機，單片機根據計算理論肥料流量值與測得的實際流量值的差別，實時變步長修正施肥量，實現反饋式控制，達到肥料精確施用。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

分層施肥鏟結構創新，現有分層施肥鏟為一根出肥管，在出肥管下側設幾個不同深度的出肥口，實現分層施肥，而本實用新型的施肥鏟為幾根排肥管單獨通向不同土層，每根排肥支路均有與之對應的電磁比例調速閥、液壓馬達以及外槽輪排肥器，可以做到分層可控，施肥精度更高，可控性更強；設計了變量施肥閉環反饋控制系統，實時採集衝量式固體流量傳感器測得的肥料流量值，並通過串口反饋給單片機，實時變步長修正施肥量，實現反饋式控制，實現智能化控制；用液壓系統控制排肥，擺線液壓馬達控制排肥軸轉速，運動慣性小、反應速度快、操縱控制方便。

四、附圖說明

圖1是本實用新型的總體結構主視圖。

圖2是本實用新型的總體結構左視圖。

圖3是本實用新型的總體結構俯視圖。

圖4是本實用新型的電控液壓原理圖。

圖5是本實用新型的控制系統總體結構框圖。

圖6是本實用新型的變量施肥控制裝置組成原理框圖。

圖7是本實用新型的控制系統總體原理框圖。

圖1中1肥箱 2電液比例閥 3液壓馬達 4漏肥管 5排肥管 6施肥鏟 7出肥口 8導肥片 9深松鏟 10定位孔 11機架聯接裝置 12液壓泵 13觸控螢幕 14油液管路 15液壓泵出油口 16液壓馬達出油口 17聯軸器 18排肥槽 19排肥軸 20外槽輪排肥器 21衝量式固體流量傳感器 22單片機 23壓力表 24油箱 25濾清器 26馬達測速齒盤 27馬達測速傳感器

五、具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型專利進一步描述。本實用新型所使用的單片機、液壓馬達、液壓泵、聯軸器等元器件都可以市購。參照圖1、圖2、圖3和圖4，本實用新型主要由肥箱1、液壓馬達3、施肥鏟6、深松鏟9、液壓泵12以及單片機22、觸控螢幕13等組成。

本實施例中：液壓泵選取VP-SF-40-D型變量葉片泵，液壓馬達選取BMR250-2BM型擺線馬達，比例流量閥選取MA-QVHZO-AES-06/18/U0型電液比例流量閥。

本實用新型專利所述的一種智能化分層可控的精量深松施肥裝置，如圖1、2、3、4所示，主要由機架固定裝置、排肥裝置、分層施肥深松裝置、液壓驅動系統以及控制系統等組成；所述的機架固定裝置主要通過機架聯接裝置11將該深松施肥機構總成與機架相連，用於固定、支撐其他部分，並用螺栓與外槽輪排肥器21相連。

上面所述的排肥裝置中選取工作轉速為100r/min和扭矩為40N·m的外槽輪排肥器，肥箱1通過下部的排肥槽18與外槽輪排肥器20相配合，保證肥料準確落入排肥器盒，外槽輪排肥器20套裝在排肥軸19上，排肥軸19右端通過聯軸器17與液壓馬達3相連，通過液壓馬達3轉動控制排肥軸19的排肥速度，外槽輪排肥器20下端接漏肥管4，漏肥管4下部設有錐形開口，錐形開口直接套接在下部排肥管5上，肥料通過排肥管5進入分層施肥深松裝置內；分層施肥深松裝置前部為深松鏟9，深松鏟9上端可通過定位孔10與機架聯接，深松鏟9後部為施肥鏟6，其內部五根排肥管5並列排放，每一根排肥管5下端聯通單獨的出肥口7，第五根出肥口緊貼深松鏟9後壁，在每根排肥管5末端安裝有向外延伸的導肥片8。

上面所述的液壓驅動系統主要由液壓泵12、液壓馬達3、電液比例閥2以及油路管道14組成。液泵12選取VP-SF-40-D型變量葉片泵，液壓馬達3選取BMR250-2BM型擺線馬達，比例流量閥2選取MA-QVHZO-AES-06/18/U0型電液比例流量閥。

液壓泵入油口13接拖拉機油箱，液壓泵出油口15通過油液管路14分出五個支路分別與五個液壓馬達3入油口相連，液壓馬達3固定在機架上，在支路管道上安裝有電液比例閥2，分別控制每一個支路的轉速，液壓馬達出油口16通過油液管路接回油箱；

所述的控制系統由信息採集部分、信息處理部分、信息輸出部分以及能量供應部分組成；信息採集部分用於收集各個傳感器的信號，並將信號傳給信息處理模塊；信息處理模塊主要用於完成信息採集部分發過來的信號的分析與判斷，並將控制信號傳送給信息輸出部分；信息輸出部分包括肥料自動補償模塊和報警顯示輸入模塊，完成肥料定量控制及缺肥自動報警功能；能量供應模塊主要為信息採集部分、信息處理部分以及信息輸出部分進行供電。

所述的信息採集部分為衝量式固體流量傳感器21安裝在排肥管5入口，通過信號數據線與信息處理部分的數據採集模塊直接相連，信號處理後發送給單片機22最小控制系統；

所述的信息處理部分即為單片機22最小控制系統，信息處理模塊通過信號數據線與單片機22最小控制系統的輸入引腳直接相連；

所述的信息輸出部分為單片機22最小控制系統的信號輸出引腳通過信號數據線連接電液比例調速閥2，可按照現有技術對施肥控制程序進行編程，按照程序產生的脈衝信號驅動電液比例調速閥2進行調速，進而控制液壓馬達3的轉速，液壓馬達軸與外槽輪排肥器軸19相連，控制排肥量；所述的報警顯示輸入模塊由工作指示燈、聲光報警傳感器、觸控螢幕13組成，單片機22最小控制系統通過信號數據線連接觸控螢幕13，通過輸入鍵盤對控制程序中每層排肥量、排肥深度參數進行設置修改，顯示器顯示排肥信息；

所述的能量供應部分主要為24v鉛蓄電池，為電控系統、電液比例調速閥模塊供電。